CN101118218A - 维也里试验恒温器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种维也里试验恒温器，包括金属浴腔体、电加热器、试样杯支架、支架驱动机构、含有铂电阻温度计和温度调节器的温度控制器、含有导电环和动电极组的测温信号导出机构。其主要技术特点是，铂电阻温度计直接放置在样品测试区内；导电环与铂电阻温度计的输出端连接，动电极组与温度调节器的温度信号输入端连接，动电极组的下端与导电环保持良好接触；当支架驱动机构驱动试样杯支架转动时，动电极组在导电环的表面上滑动并将铂电阻温度计的阻值传递给温度调节器，以此对电加热器的加热电流进行控制，从而实现了直接对样品放置区的温度进行实时控制和显示，满足维也里试验标准要求。本发明控温精度高，使用方便，成本低。

Description

维也里试验恒温器

技术领域

本发明属于计量技术领域，主要涉及一种计量装置，尤其涉及一种用于火药维也里安定性试验用的维也里试验恒温器。

技术背景

维也里试验又称石蕊试纸试验，是一种以硝酸酯为基的火药安定性试验的基本方法。其原理是：将一定量的样品(硝酸酯火药或硝化纤维素)放入带有石蕊试纸的维也里试样杯中密封，并将试样杯放入106.5±0.5℃的恒温器内加热，观察样品分解释放出来的NO₂与石芯试纸作用使试纸颜色改变的时间，来判断火药或硝化纤维素的安定性。

我国现用的维也里试验恒温器基本沿用原苏联进口装置的结构形式。这是一种圆筒型结构的恒温器，在内外壁夹层中灌入甘油，筒底装有电加热部件，一个点接触温度计插在外壁甘油中，通过一台温控器控制加热电流。在筒内腔中装有一个框架式的试样杯支架，该支架由皮带轮带动在恒温器内腔中转动，按照试验标准规定，转速为每分钟5转～8转。在支架外缘开有10～15个试样杯安放孔，在一个孔中插入一支维也里试验专用温度计，其它孔中插入装有火药样品和石蕊试纸的试样杯。在恒温器壁上开有观察窗口，窗口用双层玻璃保温，操作人员通过该窗口定时观察记录恒温器内部的温度和各试样杯中试纸的颜色。在恒温器顶盖上开有试样杯放入孔，操作人员通过这一放入孔将试样杯放到支架上。这种恒温器结构牢固，操作简便，操作人员观察视场大，因此得到长期使用。但是，这种恒温器也存在着以下缺点：(1)由于温度敏感元件(点接触温度计)是插在外壁夹层的甘油中的，这种恒温器是通过控制外壁夹层中的甘油温度对恒温器内腔温度进行间接控制，难以对内腔温度实现有效控制，操作人员需要经常人工干预，开关电加热部件或者调节恒温器顶盖上的试样杯放入孔的盖板，使内部温度保持在试验标准规定的范围；(2)采用继电器进行温度控制，控制精度低；(3)采用专用的维也里温度计，人工读取温度数，不但制作专用温度计的难度大，而且也无法进行温度的自动记录。

近年来，国内有些单位研制了采用温度数字控制技术、金属浴结构的维也里试验恒温器。这些恒温器用铸铝合金外壁代替了原先在夹层中灌注甘油的外壁，电加热丝分布在铝合金的外壁和筒底，用铂电阻温度计作为温度敏感部件，该铂电阻温度计固定在铝合金外壁上，使用单片控制器为核心元件的数字温度调节器对恒温器温度进行检测、显示和控制，这些新研制的维也里试验恒温器的温度控制和显示、记录功能均得到明显改进。但是，由于试样杯支架处于转动状态，如果将温度敏感部件(铂电阻温度计)放置到样品放置区的支架上，而不能承受高温的温度调节器只能安装在恒温器外部，必须采用无线信号传输方式或者设计某种结构的信号传导机构将铂电阻温度计的阻值传递到温度调节器，然而实现无线信号传输的电子器件难以承受恒温器内部的持续高温，因此，这些恒温器还是沿用了原恒温器的结构，即将铂电阻温度计固定在铝合金外壁，对样品放置区的温度进行间接控制。按照维也里试验标准规定，试验中必须记录和控制的温度参数应当是样品放置区的温度值，因而操作人员仍然要定时观察插入试样杯支架上的专用维也里试验温度计，记录恒温器内部的温度值。同时，由于这些恒温器采用的是通过控制铸铝合金外壁温度的方式间接控制恒温器内腔的温度，虽然当恒温器内部温度达到稳定状态后，样品放置区的温度值接近外壁的温度，但是，在试样放置到恒温器内支架上后，存在温度上升到稳定值的时段，此时，温度调节器显示和记录的温度值与样品区的实际温度有明显差异。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，以国内研制的现有维也里试验恒温器为基础，提供一种可以满足国家标准要求且使用方便的维也里试验恒温器。

为解决上述技术问题，本发明提供的维也里试验恒温器包括装有观察窗口、电加热器、隔热层、隔热顶盖的金属浴腔体，基座，试样杯支架，由驱动电机和限荷摩擦离合器组成的支架驱动机构，含有手柄、手柄转轴、手柄轴套的支架手动调节机构，含有铂电阻温度计和温度调节器的温度控制器以及测温信号导出机构；所述金属浴腔体、支架驱动机构、温度调节器均安装在基座上，所述试样杯支架位于金属浴腔体的内部，其外缘可放置数个试样杯，所述驱动电机的驱动轴与限荷摩擦离合器的下端固连，限荷摩擦离合器上端连接的传动轴伸进金属浴腔体内并经轴销带动试样杯支架转动；所述手柄转轴位于手柄轴套内且上端与所述手柄固连，手柄轴套通过隔热顶盖伸进金属浴腔体内部；所述温度调节器的控制输出端通过固态继电器与所述的电加热器连接，所述的铂电阻温度计放置在其中一个试样杯中；所述的测温信号导出机构含有一对导电环、两个动电极、上安装体和下安装体，所述的一对导电环同心固连在下安装体中，所述的两个动电极装配在上安装体上，下安装体固连在试样杯支架的中心处，上安装体固连在所述的手柄轴套上，所述两个动电极的下端头分别与所述的一对导电环表面接触，并且当导电环随试样杯支架转动时所述的两个动电极分别沿相应导电环的表面滑动；下压并转动所述手柄时，所述手柄转轴下端的凸销插入到所述下安装体的中心凹槽中并带动所述试样杯支架转动；所述铂电阻温度计的两个输出端分别通过导线与所述一对导电环对应连接，所述的两个动电极分别通过导线与所述温度调节器的温度信号输入端连接。

在本发明中，所述的试样杯支架采用铝合金制作。

在本发明中，所述的动电极也可以是两组，且每组含有两个以上的动电极，两组动电极分别排列成与所述的一对导电环位置相对应的两个圆周，每组动电极分别通过导线并联之后再与所述温度调节器的温度信号输入端连接。

根据本发明，在所述的上安装体与所述的每个动电极之间加装一个微压弹簧。

本发明利用了试样杯支架在维也里试验恒温器中转动缓慢的特点，通过增加结构简单，成本低廉，不受恒温器内部高温影响的测温信号导出机构，将铂电阻温度计的输出端和温度调节器的温度信号输入端分别与测温信号导出机构的导电环和动电极连接，可以实现将铂电阻温度计插入到试样杯支架上的一个试样杯安放孔中，直接对恒温器内部样品区的温度进行测量，并保证在试样杯支架转动期间其两组动电极始终与一对导电环之间的良好接触，由此可靠地将表征样品区温度的铂电阻温度计电阻值传递到在底座下部安装的温度调节器的温度信号输入端，由温度调节器对电加热器的加热电流进行调节，将恒温器内部温度控制在维也里试验标准规定的范围内。本发明与目前国内开发的几种将铂电阻固定在铝合金外壁对样品放置区的温度进行间接控制的同类恒温器相比，其主要优点是可以直接对样品放置区的温度进行实时控制和显示，满足维也里试验标准要求，控温精度高，使用方便；同时，还可以省去专用的维也里试验温度计，也不必人工定时观察温度值。将本发明与维也里试验试纸颜色自动辨识装置相结合，就可以实现维也里试验全过程的自动测控，为该项火药安定性试验操作的安全性、自动化提供了良好的技术基础。

附图说明

图1是本发明维也里试验恒温器总体结构示意图。

图2a、图2b是图1中试样杯支架与测温信号导出机构的装配关系示意图。

图3是图1中支架手动调节机构与测温信号导出机构的装配关系示意图。

图4a、图4b是图1中测温信号导出机构的结构组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

正如图1所示，本发明的优选实施例包括支架手动调节机构1、隔热顶盖2、带底圆筒状金属浴腔体3、电加热器5和7、试样杯支架6、由驱动电机9和限荷摩擦离合器8组成的支架驱动机构、含有铂电阻温度计11和温度调节器10的温度控制器、测温信号导出机构13以及基座。金属浴腔体用铸铝合金加工，其外壁包裹有玻璃棉隔热层4且侧壁装有观察窗口12，电加热器中的电加热板7位于金属浴腔体3底部与玻璃棉隔热层4之间，电热丝5敷设在金属浴腔体3侧壁与玻璃棉隔热层4之间。隔热顶盖2设有放物孔2-1和支架手动调节机构安装孔，并与金属浴腔体3以合页式连接方式封盖在金属浴腔体3的筒口处，通过放物孔2-1，操作人员可以将试样杯放置到金属浴腔体3内。试样杯支架6位于金属浴腔体3内部并采用实体铝合金加工，其结构参见图2a、图2b。在本实施例中，试样杯支架6的外缘开有十一个圆孔，可放置十一个试样杯1.5，其中一个试样杯15中放入一支铂电阻温度计11，另外十个试样杯15中可以装火药样品和试纸的试样杯；试样杯支架6外周对应每个圆孔位置开有观察槽，供操作人员观察试纸颜色和试样状态；试样杯支架6上端面的中心部位还设有安装测温信号导出机构13的一对导电环13-7和13-9的下安装体13-5的圆型凹槽和螺孔，下端面中心有一个带轴销的孔6-1。支架驱动机构由齿轮减速电机9、限荷摩擦离合器8和支架传动轴组成，齿轮减速电机9是一个内部包含有减速齿轮组的直流电机，提供转速为每分钟8转的驱动源；电机转轴上端与限荷摩擦离合器8固连，限荷摩擦离合器8的上端传动轴由金属浴腔体3底部伸进腔体内并与试样杯支架6的轴销孔6-1配合。当齿轮减速电机9转动时，摩擦离合器8两端面间的摩擦力带动试样杯支架6转动。支架手动调节机构1含有手柄1-1、第一弹簧1-2、手柄转轴1-3、第二弹簧1-4、手柄轴套1-5(参见图3)。手柄转轴1-3的上端与手柄1-1固连，下端带有一个凸销；手柄轴套1-5的中部带有突沿且底端带有螺纹，它通过隔热顶盖2的安装孔进入金属浴腔体3内部，手柄转轴1-3位于手柄轴套1-5中，在手柄1-1与手柄轴套1-5顶端之间以及隔热顶盖2底端与轴套突沿之间的手柄轴套1-5上分别套有第一弹簧1-2和第二弹簧1-4；在这两个弹簧1-2、1-4的作用下，手柄1-1和手柄转轴1-3、手柄轴套1-5均能上下移动。温度控制器由插入试样杯支架一个孔中的一支铂电阻温度计11和一台智能温度调节器10组成；该温度调节器10是由单片处理器、AD变换器及外围电路组成的人工智能调节器，对恒温器内部温度进行PID控制。技术规格为：输入信号为Pt100热电阻，测量范围为-200℃～+600℃，测量精度0.2级，响应时间≤0.5秒，调节方式为AI人工智能调节，控制输出采用SSR固态继电器，通讯接口为RS785规范。基座是用螺栓将三个圆柱体和隔板组装而成，金属浴腔体3、支架驱动机构9以及温度调节器10等部件均安装在该基座上，外部罩一个用薄不锈钢板材制作的圆筒形外壳，由此构成本实施例的整体外形。

根据图4a、图4b所示，测温信号导出机构13含有下安装体13-5、一对导电环13-7和13-9、上安装体13-2、两组动电极13-12和13-11。下安装体13-5用耐高温的聚四氟乙烯加工，其上设有中心台阶螺孔和两个环形槽。一对导电环13-7和13-9是不同直径的两个圆环，用硬度较高的锡磷青铜制作，并分别埋入到下安装体13-5的两个环形槽中，下安装体13-5通过紧固螺栓16固连在试样杯支架6的凹槽中，两个导电环13-7和13-9分别通过银导线与两个接线柱13-6和13-8对应连接，铂电阻温度计11的两条信号线分别用银导线13-4和13-10连接到这两个接线柱13-6和13-8。上安装体13-2也采用耐高温的聚四氟乙烯加工，其上带有中心螺孔以及安装相应数量动电极的安装孔，在本优选实施例中，每个动电极组均含有四个动电极13-12或13-11，每个动电极13-12或13-11均为用锡磷青铜制作的细圆柱体，下端为半球形。两组动电极中的动电极13-12或13-11安插在上安装体13-2的安装孔中且分别排列成与两个导电环13-7和13-9直径相对应的两个圆周形，每个动电极13-12或13-11与上安装体13-2的安装孔间加微压弹簧13-3。上安装体13-2的中心螺孔与手柄轴套1-5下端的螺纹连接(见图3)，当操作人员压下手柄1-1时，手柄转轴1-3下端的凸销伸出手柄轴套1-5后插入下安装体13-5中紧固螺栓16上的凹槽中(参见图2)，此时当操作人员转动手柄1-1时，摩擦离合器8的上下端面因操作人员外加的转矩超过摩擦离合器8的限荷而滑动，操作人员可以通过手柄1-1将试样杯支架6转动到任一位置。合上隔热顶盖2时，动电极13-12和13-11由于微压弹簧13-3的作用而紧贴到导电环13-7和13-9的上表面；当支架驱动机构带动试样杯支架6转动时，位于下安装体13-5中的导电环13-7和13-9也随之转动，此时动电极13-12和13-11下端在导电环13-7和13-9的表面上滑动，并依靠微压弹簧13-3的弹性作用始终使两者保持良好接触。同一组的四个电极13-12或13-11上端分别用银导线13-1和13-13并接，再用银导线穿过金属浴腔体3和玻璃棉隔热层4后连接到恒温器下部安装的温度调节器10的测温信号输入端；温度调节器10的控制输出端通过SSR固态继电器与电加热板7和电热丝5连接。

在本发明的实际使用时，导电环13-7和13-9的上表面要涂抹一层高温导电油，以减小动电极13-12和13-11与导电环13-7和13-9之间的摩擦力。

本实施例中，在铂电阻温度计11的信号输入端用导线短接，在试样杯支架6转动状态下，实测两组动电极13-12和13-11输出端的电阻值小于0.0005Ω。根据国际电工委员会标准IEC751的规定，铂电阻在0℃到+600℃的温度范围内的阻值为：

Rt＝100×(1+3.90802×10-3×t-0.5802×10-6×t²)

其中：Rt-温度t时的阻值(Ω)

t-温度(℃)

在106.5±0.1℃范围内铂电阻的阻值相差±0.038Ω，可见该实施例的接触电阻远小于温度变化±0.1℃时铂电阻本身的阻值改变量。在试验过程中，试样支架以5～8转/min的速度转动，由于旋转速度慢，采用这种弹簧电极触点即可以实现动电极与导电环的良好接触。本发明利用了试样杯支架在维也里试验恒温器中转动缓慢的特点，设计的多触点并联的弹簧电极铂电阻信号导出机构结构简单，成本低廉，不受恒温器内部高温的影响，能够实现动电极与导电环间的良好接触，可以在整个试验过程中有效地实现对样品区的温度进行实时控制和显示，实施例的控温精度达到106.5±0.1℃。

Claims (4)

1.一种维也里试验恒温器，包括装有观察窗口[12]、电加热器[5、7]、隔热层[4]和隔热顶盖[2]的金属浴腔体，基座，试样杯支架[6]，由驱动电机[9]和限荷摩擦离合器[8]组成的支架驱动机构，含有手柄[1-1]、手柄转轴[1-3]、手柄轴套[1-5]的支架手动调节机构[1]，含有铂电阻温度计[11]和温度调节器[10]的温度控制器以及测温信号导出机构[13]；所述金属浴腔体[3]、支架驱动机构、温度调节器[10]均安装在基座上，所述试样杯支架[6]位于金属浴腔体[3]的内部，其外缘可放置数个试样杯[15]，所述驱动电机[9]的驱动轴与限荷摩擦离合器[8]的下端固连，限荷摩擦离合器[8]上端连接的传动轴伸进金属浴腔体[3]内并经轴销带动试样杯支架[6]转动；所述手柄转轴[1-3]位于手柄轴套[1-5]内且上端与所述手柄[1-1]固连，手柄轴套[1-5]通过隔热顶盖[2]伸进金属浴腔体[3]内部；所述温度调节器[10]的控制输出端通过固态继电器与所述的电加热器[5、7]连接，其特征在于：所述的铂电阻温度计[11]放置在其中一个试样杯[15]中，并且还包括一个测温信号导出机构[13]；所述的测温信号导出机构[13]含有一对导电环[13-7、13-9]、两个动电极[13-12、13-11]、上安装体[13-2]和下安装体[13-5]，所述的一对导电环[13-7、13-9]同心固连在下安装体[13-5]中，所述的两个动电极[13-12、13-11]装配在上安装体[13-2]上，下安装体[13-5]固连在试样杯支架[6]的中心处，上安装体[13-2]固连在所述的手柄轴套[1-5]上，所述两个动电极[13-12、13-11]的下端头分别与所述的一对导电环[13-7、13-9]表面接触，并且当导电环[13-7、13-9]随试样杯支架[6]转动时，所述的两个动电极[13-12、1 3-11]分别沿相应导电环[13-7、13-9]的表面滑动；下压并转动所述手柄[1-1]时，所述手柄转轴[1-3]下端的凸销插入到所述下安装体[13-5]的中心凹槽中并带动所述试样杯支架[6]转动；所述铂电阻温度计[11]的两个输出端分别通过导线与所述一对导电环[13-7、13-9]对应连接，所述的两个动电极[13-12、13-11]分别通过导线与所述温度调节器[10]的温度信号输入端连接。

2.根据权利要求1所述的维也里试验恒温器，其特征在于：所述的试样杯支架[6]采用铝合金制作。

3.根据权利要求1或2所述的维也里试验恒温器，其特征在于：所述的动电极[13-12、13-11]也可以是两组，且每组含有两个以上的动电极[13-12或13-11]，两组动电极分别排列成与所述的一对导电环[13-7、13-9]位置相对应的两个圆周，每组动电极[13-12或13-11]分别通过导线[13-1或13-13]并联之后再与所述温度调节器[10]的温度信号输入端连接。

4.根据权利要求3所述的维也里试验恒温器，其特征在于：在所述的上安装体[13-2]与所述的每个动电极[13-12、13-11]之间加装一个微压弹簧[13-3]。

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